CN113944233A - 一种钢管柱与混凝土梁连接结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管柱与混凝土梁连接结构及其施工方法，包括钢管柱，在钢管柱上设有水平支撑钢板和竖向支撑钢板，在所述水平支撑钢板上设置有连接型钢梁，钢管柱通过该连接型钢梁与混凝土梁连接，在所述连接型钢梁上设有若干螺纹钢筋安装座和光圆钢筋安装座，其中，所述螺纹钢筋安装座设于连接型钢梁的上部和下部，并分别与混凝土梁中的上层螺纹钢筋和下层螺纹钢筋连接；所述光圆钢筋安装座设于连接型钢梁的两侧，并分别与混凝土梁两侧的光圆钢筋连接。本发明施工方便，钢管柱与混凝土梁连接节点强度高，钢筋分布和受力相匹配并更为合理。

Description

一种钢管柱与混凝土梁连接结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及钢管柱与混凝土梁节点施工技术领域，具体涉及一种钢管柱与混凝土梁连接结构及其施工方法。

背景技术

核心筒结构，属于高层建筑结构。简单的来讲就是，***是由梁柱构成的框架受力体系，而中间是筒体（比如电梯井），因为筒体在中间，所以称为核心筒，又名“框架—核心筒结构”。此种结构十分有利于结构受力，并具有极优的抗震性。是国际上超高层建筑广泛采用的主流结构形式。同时，这种结构的优越性还在于可争取尽量宽敞的使用空间，使各种辅助服务性空间向平面的中央集中，使主功能空间占据最佳的采光位置，并达到视线良好、内部交通便捷效果。核心筒结构中，作为主要承力作用的梁柱结构，一般以钢筋混凝土浇筑，同时需要具备较高的强度和承力要求。

钢管柱（即钢管混凝土柱）是指，在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的建筑支撑结构构件，按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土和方钢管柱等，钢管柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。

由于钢管柱上述优点，故在高层建筑尤其是超高层建筑中核心筒的梁柱结构常常采用钢管柱结构得到。但在高层建筑尤其是超高层建筑中，采用钢管柱的核心筒梁柱结构承力大，且对各方面性能要求高，故在设计和施工过程中仍然存在很多难点。

申请人曾申请过的申请号为201410392150.1的专利，公开了一种大直径钢管柱柱脚安装施工方法，其能够确保钢管柱柱脚施工质量，可以用于核心筒梁柱结构钢管柱的柱脚施工。

同时，为了方便施工，申请人考虑将柱脚上方钢管柱结构对应每层建筑楼层均设计一节构成多节单层钢管柱，依次从下到上完成每节单层钢管柱施工，每节单层钢管柱施工时采用外设有牛腿基础的钢管柱筒并完成该层钢管柱上牛腿的施工。这样，能够方便对各层建筑的施工。

但其中，还需要考虑怎样设置钢管柱筒上牛腿基础的结构以尽量提高钢管柱和横梁连接的节点强度；以及怎样对钢管柱筒结构进行改进，以方便其安装对准调整等，成为有待考虑解决的问题。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种施工方便，钢管柱与混凝土梁连接节点强度高，钢筋分布和受力相匹配并更为合理的钢管柱与混凝土梁连接结构及其施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种钢管柱与混凝土梁连接结构，包括钢管柱，在钢管柱上设有水平支撑钢板和竖向支撑钢板，其中，水平支撑钢板套设在钢管住上，其包括上下两层，竖向支撑钢板设于上下水平支撑钢板之间并与钢管柱固定连接，所述竖向支撑钢板为绕钢管柱的周向设置的多个，且竖向支撑钢板所在平面过钢管柱的轴心线；在所述水平支撑钢板上设置有连接型钢梁，钢管柱通过该连接型钢梁与混凝土梁连接，所述连接型钢梁的长度方向沿钢管柱的径向设置；在所述混凝土梁中沿其长度方向设有上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋，所述上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋在混凝土梁中呈矩形分布；在所述连接型钢梁上设有若干螺纹钢筋安装座和光圆钢筋安装座，其中，所述螺纹钢筋安装座设于连接型钢梁的上部和下部，并分别与混凝土梁中的上层螺纹钢筋和下层螺纹钢筋连接；所述光圆钢筋安装座设于连接型钢梁的两侧，并分别与混凝土梁两侧的光圆钢筋连接。

进一步的，所述螺纹钢筋安装座包括竖向设置的安装板，所述安装板与连接型钢梁的长度方向垂直，并在安装板上沿其长度方向开设有多个安装孔，混凝土梁中的上层螺纹钢筋和下层螺纹钢筋穿过对应的安装板上的安装孔后与对应的螺纹钢筋安装座相连；在所述安装板远离钢管柱的一侧垂直设有多个加强筋板，所述加强筋板位于相邻的安装孔之间。

进一步的，所述加强筋板呈直角梯形结构，其斜边位于远离钢管柱的一侧，并由上至下向远离钢管柱的方向倾斜设置。

进一步的，所述连接型钢梁为工字型型钢梁，所述连接型钢梁的上翼缘板与上水平支撑板固定连接，下翼缘板与下水平支撑板固定连接。

进一步的，所述螺纹钢筋安装座包括安装板上开设有5个安装孔的五孔安装座和安装板上开设有2个安装孔的两孔安装座；所述五孔安装座安装在上翼缘板的上侧，两孔安装座安装在下翼缘板的上侧，并在腹板两侧各设置一个。

进一步的，在所述连接型钢梁的腹板两侧分别水平设有一支撑板，该支撑板同时与连接型钢梁的腹板和钢管柱连接，并在其上侧设有一两孔安装座。

进一步的，所述光圆钢筋安装座包括一连接板，在该连接板上沿其长度方向分布有多个连接孔。

进一步的，在所述钢管柱上位于连接型钢梁腹板两侧各设有一连接板，所述连接板竖向设置并与钢管柱固定连接，并连接板与连接型钢梁的腹板平行；所述光圆钢筋弯折后穿过连接板上的连接孔，并与连接板相连。

进一步的，所述连接孔为3个。

一种钢管柱与混凝土梁连接结构的施工方法，采用所述的连接结构，具体包括如下步骤，

1）制作钢管柱，在与混凝土梁连接的位置焊接上下两个水平支撑板，并在两个水平支撑板之间焊接竖向支撑板，其中竖向支撑板沿钢管柱的径向设置并一侧与钢管柱焊接，上端和下端分别与上下两个水平支撑板焊接；

2）采用工字型钢制作连接型钢梁，所述连接型钢梁沿钢管柱的径向设置，并将其上翼缘板与上水平支撑板对焊，下翼缘板与下水平支撑板对焊；

3）在连接型钢梁的上翼缘板上侧安装五孔安装座，在下翼缘板上侧的腹板两侧各安装一个两孔安装座，并在钢管柱上位于腹板的两侧各安装一连接板，且该连接板与腹板平行设置；

4）在连接型钢梁的腹板两侧分别水平设置一支撑板，该支撑板分别与腹板和钢管柱焊接，并在其上侧安装一两孔安装座；

5）将混凝土梁中的上层螺纹钢筋的一端穿过五孔安装座的安装孔，并通过套管固定，将混凝土梁中的下层螺纹钢筋的一端穿过连接型钢梁下翼缘板上侧的两孔安装座的安装孔，并通过套管固定；将混凝土梁中的两侧光圆钢筋的一端弯折后穿过连接板上的连接孔并固定，使上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋在混凝土梁中呈矩形分布；将混凝土梁的下部增设辅助螺纹钢筋，并将该辅助螺纹钢筋的一端穿过支撑板上侧的两孔安装座的安装孔中，并通过套管固定，且该辅助螺纹钢筋位于下层螺纹钢筋的上方；

6）在混凝土梁外侧支护模板，其中，底部模板位于连接型钢梁下翼缘板的下侧；

7）对混凝土梁浇筑混凝土，并将连接型钢梁与混凝土梁浇筑为一体，并养护。

相对于现有技术，本发明的有益效果：

1、通过在钢管柱上设置连接型钢梁，并在该连接型钢梁上沿混凝土梁的轮廓设置分布钢筋，各个钢筋均连接在设置在连接型钢梁上的安装座上，并根据混凝土梁的受力特点在连接型钢梁的上部和下部设置螺纹钢筋安装座用于安装螺纹钢筋，并且通过合理的分布设计，在混凝土梁的下部增设辅助螺纹钢筋，使下部的螺纹钢筋分布密度大于上部螺纹钢筋的分布密度，以更好的适应混凝土梁的受力特点。同时，在混凝土梁的两侧配置光圆钢筋，因混凝土梁在该方向受力较小，因此采用光圆钢筋以节约成本，并且光圆钢筋安装座结构简单，连接强度较小，便于施工。本发明采用的连接节点具有施工方便，便于装配时预制施工，安装快捷，成本低，连接强度大的特点。

2、通过采用螺纹钢筋安装座，并通过加强筋板进行加固，在安装时，梁中的螺纹钢筋一端穿过安装孔后通过套筒固定，安装快捷方便，并且减小了传统焊接带来的热效应应力。采用直角梯形的加强筋板，并且其斜面朝向螺纹钢筋所在一侧，进一步提高安装板对螺纹钢筋的抗拉强度。

3、通过梁中受力较小的侧部钢筋采用光圆钢筋，并通过连接板与钢管柱进行连接，连接方式为弯折连接，操作简单，成本低廉，在浇筑后连接强度高，并为了进一步加强梁下部受拉区的受力性能，增设辅助螺纹钢筋安装座，使得梁的下侧钢筋分布更加密集，抗拉强度更好，使梁的受力特点与钢筋分布更好的匹配，耐久性能进一步提高。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的右视结构示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图；

图中，1钢管柱，2水平支撑钢板，3连接型钢梁，4安装板，5加强筋板，6支撑板，7连接板，8连接孔，9竖向支撑钢板，10安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

如图1-3所示，一种钢管柱1与混凝土梁连接结构，包括钢管柱1，在钢管柱1上设有水平支撑钢板2和竖向支撑钢板9，其中，水平支撑钢板2套设在钢管住上，其包括上下两层，竖向支撑钢板9设于上下水平支撑钢板2之间并与钢管柱1固定连接，所述竖向支撑钢板9为绕钢管柱1的周向设置的多个，且竖向支撑钢板9所在平面过钢管柱1的轴心线；在所述水平支撑钢板2上设置有连接型钢梁3，钢管柱1通过该连接型钢梁3与混凝土梁连接，所述连接型钢梁3的长度方向沿钢管柱1的径向设置；在所述混凝土梁中沿其长度方向设有上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋，所述上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋在混凝土梁中呈矩形分布；在所述连接型钢梁3上设有若干螺纹钢筋安装座和光圆钢筋安装座，其中，所述螺纹钢筋安装座设于连接型钢梁3的上部和下部，并分别与混凝土梁中的上层螺纹钢筋和下层螺纹钢筋连接；所述光圆钢筋安装座设于连接型钢梁3的两侧，并分别与混凝土梁两侧的光圆钢筋连接。

通过在钢管柱1上设置连接型钢梁3，并在该连接型钢梁3上沿混凝土梁的轮廓设置分布钢筋，各个钢筋均连接在设置在连接型钢梁3上的安装座上，并根据混凝土梁的受力特点在连接型钢梁3的上部和下部设置螺纹钢筋安装座用于安装螺纹钢筋，并且通过合理的分布设计，在混凝土梁的下部增设辅助螺纹钢筋，使下部的螺纹钢筋分布密度大于上部螺纹钢筋的分布密度，以更好的适应混凝土梁的受力特点。同时，在混凝土梁的两侧配置光圆钢筋，因混凝土梁在该方向受力较小，因此采用光圆钢筋以节约成本，并且光圆钢筋安装座结构简单，连接强度较小，便于施工。本发明采用的连接节点具有施工方便，便于装配时预制施工，安装快捷，成本低，连接强度大的特点。

所述连接型钢梁3为工字型型钢梁，所述连接型钢梁3的上翼缘板与上水平支撑板6连接，下翼缘板与下水平支撑板6连接。所述螺纹钢筋安装座包括竖向设置的安装板4，所述安装板4与连接型钢梁3的长度方向垂直，并在安装板4上沿其长度方向开设有多个安装孔10，混凝土梁中的上层螺纹钢筋和下层螺纹钢筋穿过对应的安装板4上的安装孔10后与对应的螺纹钢筋安装座相连；在所述安装板4远离钢管柱1的一侧垂直设有多个加强筋板5，所述加强筋板5位于相邻的安装孔10之间。所述加强筋板5呈直角梯形结构，其斜边位于远离钢管柱1的一侧，并由上至下向远离钢管柱1的方向倾斜设置。所述螺纹钢筋安装座包括安装板4上开设有5个安装孔10的五孔安装座和安装板4上开设有2个安装孔10的两孔安装座；所述五孔安装座安装在上翼缘板的上侧，两孔安装座安装在下翼缘板的上侧，并在腹板两侧各设置一个。

所述安装板4通过加强筋板5进行加固，在安装时，梁中的螺纹钢筋一端穿过安装孔10后通过套筒固定，安装快捷方便，并且减小了传统焊接带来的热效应应力。采用直角梯形的加强筋板5，并且其斜面朝向螺纹钢筋所在一侧，进一步提高安装板4对螺纹钢筋的抗拉强度。

所述光圆钢筋安装座包括一连接板7，在该连接板7上沿其长度方向设置有3个连接孔8。在所述钢管柱1上位于连接型钢梁3腹板两侧各设有一连接板7，所述连接板7竖向设置并与钢管柱1固定连接，并连接板7与连接型钢梁3的腹板平行。

安装完成后，混凝土梁中，上层为5根螺纹钢筋，下层为4根螺纹钢筋，两侧各3根光圆钢筋，由于梁构件主要作为下侧受拉构件，因此在混凝土梁的下部增设辅助螺纹钢筋。在上述结构安装完成后，为了进一步使梁中的钢筋配置符合其受力特点，在所述连接型钢梁3的腹板两侧分别水平设有一支撑板6，该支撑板6同时与连接型钢梁3的腹板和钢管柱1连接，并在其上侧设有一两孔安装座。这样，在混凝土梁的下部就设置了8根螺纹钢筋，分上下两层，提高了混凝土的下侧抗拉强度。

基于上述连接结构，本发明还提出了一种钢管柱1与混凝土梁连接结构的施工方法，采用所述的连接结构，具体包括如下步骤，

1）制作钢管柱1，在与混凝土梁连接的位置焊接上下两个水平支撑板6，并在两个水平支撑板6之间焊接竖向支撑板6，其中竖向支撑板6沿钢管柱1的径向设置并一侧与钢管柱1焊接，上端和下端分别与上下两个水平支撑板6焊接；

2）采用工字型钢制作连接型钢梁3，所述连接型钢梁3沿钢管柱1的径向设置，并将其上翼缘板与上水平支撑板6对焊，下翼缘板与下水平支撑板6对焊；

3）在连接型钢梁3的上翼缘板上侧安装五孔安装座，在下翼缘板上侧的腹板两侧各安装一个两孔安装座，并在钢管柱1上位于腹板的两侧各安装一连接板7，且该连接板7与腹板平行设置；

4）在连接型钢梁3的腹板两侧分别水平设置一支撑板6，该支撑板6分别与腹板和钢管柱1焊接，并在其上侧安装一两孔安装座；

5）将混凝土梁中的上层螺纹钢筋的一端穿过五孔安装座的安装孔10，并通过套管固定，将混凝土梁中的下层螺纹钢筋的一端穿过连接型钢梁3下翼缘板上侧的两孔安装座的安装孔10，并通过套管固定；将混凝土梁中的两侧光圆钢筋的一端弯折后穿过连接板7上的连接孔8并固定，使上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋在混凝土梁中呈矩形分布；将混凝土梁的下部增设辅助螺纹钢筋，并将该辅助螺纹钢筋的一端穿过支撑板6上侧的两孔安装座的安装孔10中，并通过套管固定，且该辅助螺纹钢筋位于下层螺纹钢筋的上方；

6）在混凝土梁外侧支护模板，其中，底部模板位于连接型钢梁3下翼缘板的下侧；

7）对混凝土梁浇筑混凝土，并将连接型钢梁3与混凝土梁浇筑为一体，并养护。

本发明采用的施工方法，施工时，螺纹钢筋通过螺纹套管安装在螺纹钢筋安装座上的安装孔中，光圆钢筋通过弯折的形式连接在连接板上的连接孔中，并通过浇筑成一整体，极大的提高了钢管柱与混凝土梁连接节点的强度，施工方便，安装快捷简单，相对于焊接连接方式，具有施工环境好，利于保护施工人员安全，避免了焊接对钢管柱的热影响，使用耐久性强。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种钢管柱与混凝土梁连接结构，包括钢管柱，在钢管柱上设有水平支撑钢板和竖向支撑钢板，其中，水平支撑钢板套设在钢管住上，其包括上下两层，竖向支撑钢板设于上下水平支撑钢板之间并与钢管柱固定连接，所述竖向支撑钢板为绕钢管柱的周向设置的多个，且竖向支撑钢板所在平面过钢管柱的轴心线；其特征在于，在所述水平支撑钢板上设置有连接型钢梁，钢管柱通过该连接型钢梁与混凝土梁连接，所述连接型钢梁的长度方向沿钢管柱的径向设置；在所述混凝土梁中沿其长度方向设有上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋，所述上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋在混凝土梁中呈矩形分布；在所述连接型钢梁上设有若干螺纹钢筋安装座和光圆钢筋安装座，其中，所述螺纹钢筋安装座设于连接型钢梁的上部和下部，并分别与混凝土梁中的上层螺纹钢筋和下层螺纹钢筋连接；所述光圆钢筋安装座设于连接型钢梁的两侧，并分别与混凝土梁两侧的光圆钢筋连接。

2.根据权利要求1所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，所述螺纹钢筋安装座包括竖向设置的安装板，所述安装板与连接型钢梁的长度方向垂直，并在安装板上沿其长度方向开设有多个安装孔，混凝土梁中的上层螺纹钢筋和下层螺纹钢筋穿过对应的安装板上的安装孔后与对应的螺纹钢筋安装座相连；在所述安装板远离钢管柱的一侧垂直设有多个加强筋板，所述加强筋板位于相邻的安装孔之间。

3.根据权利要求2所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，所述加强筋板呈直角梯形结构，其斜边位于远离钢管柱的一侧，并由上至下向远离钢管柱的方向倾斜设置。

4.根据权利要求2所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，所述连接型钢梁为工字型型钢梁，所述连接型钢梁的上翼缘板与上水平支撑板固定连接，下翼缘板与下水平支撑板固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，所述螺纹钢筋安装座包括安装板上开设有5个安装孔的五孔安装座和安装板上开设有2个安装孔的两孔安装座；所述五孔安装座安装在上翼缘板的上侧，两孔安装座安装在下翼缘板的上侧，并在腹板两侧各设置一个。

6.根据权利要求5所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，在所述连接型钢梁的腹板两侧分别水平设有一支撑板，该支撑板同时与连接型钢梁的腹板和钢管柱连接，并在其上侧设有一两孔安装座。

7.根据权利要求4所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，所述光圆钢筋安装座包括一连接板，在该连接板上沿其长度方向分布有多个连接孔。

8.根据权利要求7所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，在所述钢管柱上位于连接型钢梁腹板两侧各设有一连接板，所述连接板竖向设置并与钢管柱固定连接，并连接板与连接型钢梁的腹板平行；所述光圆钢筋弯折后穿过连接板上的连接孔，并与连接板相连。

9.根据权利要求7所述的一种钢管柱与混凝土梁连接结构，其特征在于，所述连接孔为3个。

10.一种钢管柱与混凝土梁连接结构的施工方法，其特征在于，采用如权利要求1-9一权利要求所述的连接结构，具体包括如下步骤，

1）制作钢管柱，在与混凝土梁连接的位置焊接上下两个水平支撑板，并在两个水平支撑板之间焊接竖向支撑板，其中竖向支撑板沿钢管柱的径向设置并一侧与钢管柱焊接，上端和下端分别与上下两个水平支撑板焊接；

2）采用工字型钢制作连接型钢梁，所述连接型钢梁沿钢管柱的径向设置，并将其上翼缘板与上水平支撑板对焊，下翼缘板与下水平支撑板对焊；

3）在连接型钢梁的上翼缘板上侧安装五孔安装座，在下翼缘板上侧的腹板两侧各安装一个两孔安装座，并在钢管柱上位于腹板的两侧各安装一连接板，且该连接板与腹板平行设置；

4）在连接型钢梁的腹板两侧分别水平设置一支撑板，该支撑板分别与腹板和钢管柱焊接，并在其上侧安装一两孔安装座；

5）将混凝土梁中的上层螺纹钢筋的一端穿过五孔安装座的安装孔，并通过套管固定，将混凝土梁中的下层螺纹钢筋的一端穿过连接型钢梁下翼缘板上侧的两孔安装座的安装孔，并通过套管固定；将混凝土梁中的两侧光圆钢筋的一端弯折，并穿过连接板上的连接孔后固定，使上层螺纹钢筋、下层螺纹钢筋和两侧的光圆钢筋在混凝土梁中呈矩形分布；将混凝土梁的下部增设辅助螺纹钢筋，并将该辅助螺纹钢筋的一端穿过支撑板上侧的两孔安装座的安装孔中，并通过套管固定，且该辅助螺纹钢筋位于下层螺纹钢筋的上方；

6）在混凝土梁外侧支护模板，其中，底部模板位于连接型钢梁下翼缘板的下侧；

7）对混凝土梁浇筑混凝土，并将连接型钢梁与混凝土梁浇筑为一体，并养护。

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